显示器件及其应用.ppt

显示器件及其应用,主讲人：梁勇,主要内容,显示器件分类霓虹灯显示LED显示-Light Emitting Diode发光二极管 LCD显示-Liquid Crystal Display液晶显示 CRT显示-cathode-ray-tube阴极显示管 PDP显示-Plasma Display Panel离子显示,霓虹灯显示,霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的惰性气体击燃，霓虹灯发光颜色与管内所用气体及灯管的颜色有关。霓虹灯是由玻璃管制成，经过烧制，玻璃管能弯曲成任意形状，具有极大的灵活性，通过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体，霓虹灯能得到五彩缤纷、多种颜色的光。霓虹灯画面由常亮的灯管及动态发光的扫描管组成，扫描管由装有微电脑芯片编程的扫描机控制，扫描管按编好的程序亮或灭，组成一副副流动的画面。,霓虹灯显示,主要配件：1）霓虹灯变压器：a 漏磁变压器，（又称电感变压器、铁芯变压器）b 电子变压器（霓虹灯电源）2）程序控制器：a 普通式电子程序控制器。b 渐变电子程序控制器。3）霓虹灯高压线：a 普通高压线，即塑料高压线。b 硅橡胶绝缘高压线。4）配电箱、雨控定时器、交流接触器等。,LED显示,利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发光。根据掺杂介质的不同，可以发出从紫外到红外不同颜色的光。光的强弱与电流有关。（几mA几十mA）,LED分类,按发光强度和工作电流分：一般亮度、高亮度、超高亮度按发光管发光颜色：分成红色、橙色、绿色、蓝光、红外线等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下。,LED分类,白光 LED 白光LED的合成途径大体上有 2 条路可以走：第一条是RGB，也就是红光LED+绿光LED+蓝光LED；第二条路是LED+不同色光荧光粉。大功率LED 大功率LED已广泛应用于交通灯、汽车照明、广告牌等特殊照明领域,并且逐渐向普通照明领域过渡,被公认为有望取代白炽灯、荧光灯的第四代光源。,LED 驱动技术,电阻限流驱动电路 电阻值的计算采用恒流源驱动采用IC驱动 LC7226、MAX16819、MAX16801、MAX5910等。,LED 驱动技术,连接方法：串联法、并联法、混联法 串联法是比较常用的方法。特点是单元内的线路连接简单，给印刷电路板的设计带来了方便。同时也减少了印刷电路板的布线密度，从而为生产和调试带来了有利的一面。在应用串行控制驱动系统时,要求 LED 驱动器输出较高的电压。如果采用恒流源驱动，当某一颗 LED品质不良短路时，由于驱动器的输出电流保持不变，不影响余下所有 LED正常工作。并联法优点是数据的刷新速度块，这就减轻了上一级控制系统的压力。一般选用 74LS374 这样一类锁存芯片。,LED 驱动技术,对于光强需要调节的电路（尤其在高亮LED应用电路中），通常有下面的方法：PWM 调光：利用简单的数字脉冲，反复开关白光 LED驱动器的调光技术。可以利用各种控制器来实现。模拟线性调节器：可以利用编程电阻IC实现。数字调光：给驱动器一串数字信号，就可以使得白光 LED 的光亮发生变化。,LED显示器,LED显示器从外观可分为“8”字形的七段数码管、米字形数码管、点阵块、矩形平面显示器、数字笔划显示器等。,七段数码管,七段数码管 七段LED数码管显示器能够显示十进制或十六进制数字及某些简单字符。它由7个发光二极管组成，行成一个日字形，它门可以共阴极，也可以共阳极。通过解码电路得到的数码接通相应的发光二极而形成相应的字。,七段LED数码管,LED数码管显示器的工作方式：静态和动态两种显示方式。（1）静态显示方式 静态显示方式的各数码管在显示过程中持续得到送显信号，与各数码管接口的I/O口线是专用的。其特点是显示稳定，无闪烁，用元器件多，占I/O线多，无须扫描。（2）动态显示方式 动态显示方式是指一位一位地轮流点亮每位显示器，与各数码管接口的I/O口线是共用的。其特点是有闪烁，用元器件少，占I/O线少，必须扫描。,七段LED数码管,LED数码管显示器的控制方式：逻辑控制单片机控制EDA控制DSP控制ARM控制CPU控制,七段LED数码管,七段LED数码管的驱动：根据不同的需要，常用驱动芯片有：MC1413、74HC595、74164、7407等。下面的电路是几种LED的驱动电路。,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,七段LED数码管的驱动,LED点阵模块显示器,LED点阵模块显示器是指由发光二极管排成一个mn的点阵，每个发光二极管构成点阵中的一个点。这种显示器显示的字形逼真，能显示的字符比较多，但控制比较复杂。适用于显示汉字、图形和表格，广泛应用于公共场合的信息发布。,LED点阵驱动模块,主要的驱动模块IC 有以下几款：聚积 MBI5026、点晶 DM13C、东芝 TB62726、德州仪器 TLC5921。,LED点阵模块显示器的简单应用,LCD显示器,液晶显示器简称LCD（Liquid Crystal Diodes）是利用液晶经过处理后能够改变光线传输方向的特性，达到显示字符或者图形的目的。其特点是体积小、重量轻、功耗极低、显示内容丰富等特点，在单片机应用系统中有着日益广泛的应用。,LCD显示原理,由于液晶分子的结构为异方性(Anisotropic)，所以引起的光电效应就会因为方向不同而有所差异，也就是液晶分子在介电系数及折射系数等光电特性都具有异方性，因而可以利用这些性质来改变入射光的强度，以便形成灰阶。液晶显示器(LCD/Liquid Crystal Display）是利用液态晶体的光学各向异性特性,在电场作用下对外照光进行调制而实现显示的。液晶显示装置。将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像,LCD的分类,分类：笔段式和点阵式（可分为字符型和图像型）。笔段式LCD显示器：类似于LED数码管显示器。每个显示器的段电极包括a,b,c,d,e,f,g七个笔划（段）和一个背电极BP（或COM）。可以显示数字和简单的字符。点阵式LCD显示器：段电极与背电极呈正交带状分布，液晶位于正交的带状电极间。点阵式LCD的控制一般采用行扫描方式。,LCD液晶显示器的驱动,笔段式LCD液晶显示器的驱动 在LCD的公共极（一路为背电极）加上恒定的交变方波信号，通过控制段极的电压变化，在LCD两极间产生所需的零电压或二倍幅值的交变电压，以达到LCD亮、灭的控制。在笔段式LCD的段电极与背电极间施加周期地改变极性的电压（通常为4 V或5 V），可使该段呈黑色。常用驱动芯片有：HT1621、PCF8578。,LCD液晶显示器的驱动,笔段式LCD液晶显示器的驱动 如图所示是a段的简单驱动电路，其他段的驱动电路与a段完全一样。ucom是加在公共极(COM)的脉冲信号，A=0时，两个电极间电压ua=0，a段不显示，A=1时，两个电极间电压ua为交变电压，a段显示。,0,0,LCD显示模块LCM（Liquid Crystal Display Module）在实际应用中，用户很少直接设计LCD显示器驱动接口，一般是直接使用专用的LCD显示驱动器和LCD显示模块LCM。LCM是把LCD显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构造成一个整体，作为一个独立部件使用。其特点是功能较强、易于控制、接口简单，在单片机系统中应用较多。其内部结构如下页图所示。LCM一般带有内部显示RAM和字符发生器，只要输入ASCII码就可以进行显示。,LCD显示模块LCM按显示功能可分为：LCD段式显示模块、LCD字符型显示模块、LCD图形显示模块三类。,LCD显示模块的驱动,其基本的驱动方法大致上可分为静态驱动的(Static Driven)以及动态驱动的(Dynamic Driven)。驱动的形态又可分为简单矩阵驱动型的以及主动矩阵驱动的。简单矩阵驱动法又称之为所谓的被动矩阵驱动型的方式，其缺是响应速度或液晶分子的操作速度是很迟缓的，以及交互干扰或串音效应的严重性问题。,例：以T6963C为控制芯片的LCM模块接口设计该模块采用日本东芝公司T6963C点阵图形液晶显示控制芯片，能以总线方式与MCU相连，可直接挂接到MCS-51系统总线上。该模块分辨率为240128个点，可显示16行88点阵西文字符(每行30个)或8行1616点阵汉字(每行15个)。引脚排列及与MCS-51连接方式如图所示，操作时序如图14-2所示。,TG240128A LCD图形显示模块与MCS-51连接方式(a)以总线方式与MCS-51连接举例；(b)J240128,T6963C LCD图形显示控制芯片操作时序,表14-1 T6963C LCD图形显示控制模块接口信号,CRT显示器,CRT显示器的基本工作原理：CRT 主要是由电子枪、偏移线圈、荫罩或荫栅 荧光粉层和玻璃外壳五个大部分组成。（工作原理）显像管内部的电子枪（阴极）通电，发出电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，由偏移线圈控制电子的方向，穿过荫栅的小孔或荫栅并经荫罩或荫栅调整，然后高速轰击到荧光屏上的荧光粉，荧光粉被激活，就可以发出光来。,CRT显示器,彩色显像管屏幕上的每一个像素点都由红、绿、蓝三种涂料组合而成，由三束电子束分别激活这三种颜色的磷光涂料，以不同强度的电子束调节三种颜色的明暗程度就可得到所需的颜色,这非常类似于绘画时的调色过程。,CRT显示器,显像管的类型：目前主流的纯平显像管可以被分为荫罩式（Shadow Mask）显像管和荫栅式（Aperture Grille）两种（1）荫罩式显像管 荫罩是一块有成千上万个孔的薄钢板。荫罩孔的作用在于三个电子束共同穿过同一个荫罩孔，以激发荧光粉，使之发出红、绿、蓝三色光。（2）荫栅式显像管 技术特点就是将荧光粉安排成跨越整个显示器屏幕的竖条状，将荫罩改为条状荫栅，这些条状荫栅由固定在不定一个拉力极大的铁框中的互相平行的铁线阵组成。,CRT 显示器的技术指标和参数,1显像管显示器最大的差别在于显示器所采用的显像管的差别，显像管的品质是决定显示器性能是否优越最关键的因素。2 显像管的大小与可视尺寸3 点距 点距（Dot Pitch）指阴罩型显示器上，两个相邻的相同颜色磷光点之间的对角线距离。4 最大分辨率最大分辨率取决于显示器在水平和垂直方式上显示点的数目-像素（pixel）。5刷新频率刷新频率分为垂直刷新率和水平刷新率。显像管电子枪发射的电子束在行偏转磁场的作用下从荧屏左上角开始，作水平扫描（称为行扫描正程），扫完一行后迅速又回扫到左边，从第一行开始至第二行开始的间隔时间。,CRT 显示器的技术指标和参数,7 带宽（Bandwidth）视频带宽指每秒钟电子枪扫描过的总像素数，等于“水平分辨率*垂直辨率*场频（画面刷新次数）”。8 扫描方式 隔行扫描（Interlaced）和逐行扫描（Non-interlaced,非隔行扫描）。9控制方式（1）模拟调节方式 模拟调节是在显示器外部设置一排调节按钮，用手调整旋钮来进行调节。缺点是功能少，调节方式不能直观地看出量度来。（2）数控调节方式 数字调节是在显示器内部加入专用微处理器，操作更精确，能够记忆显示模式，而且其使用的多是微触式按钮，寿命长故障率低。（3）OSD调节方式 是指调节显示器的各种参数时把状态信息在屏幕上显示出来。11 显示器的涂层 电子束撞击荧光屏和外界光源照射均会使显示器屏幕产生静电，反光，闪烁，等现象，不仅干扰图像清晰度，还可能直接危害使用者的视力健康。,TFT-LCD液晶显示器,LCD 的分类主要有两类：无源矩阵DSTN（dual-scan twisted nematic,双扫描交错液晶显示）和有源矩阵TFT（thin film transistor,薄膜晶体管显示）。DSTN是通过扫描交错方式来完成显示，对比度和亮度较差。TFT液晶显示板上高速度，高亮度，高对比度显示信息，TFT俗称“真彩”。,TFT-LCD液晶显示器,TFT-LCD液晶显示器工作原理以Cs(storage capacitor)储存电容的架构原理为例：,整块面板的电路架构,等离子显示器PDP,等离子显示器是一种利用气体放电原理显示的输出设备，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内部充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，与显示像管发光相似。它的工作机理类似普通日光灯。,等离子显示器PDP,等离子显示器的三层结构如图所示：一般由三层玻璃板组成。在第一层的里面涂有导电材料的垂直条，中间层是灯泡阵列，第三层表面涂有导电材料的水平条。要点亮某个地址的灯泡，开始要在相应行上加较高的电压，等该灯泡点亮后，可用低电压维持氖气灯泡的亮度。关掉某个灯泡，只要将相应的电压降低。灯泡开关的周期时间是15ms，通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。总之，等离子屏幕的彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。,等离子显示器PDP,PDP等离子体的优点：1.与直视型显像管彩电相比，PDP显示器的体积更小、重量更轻，而且无X射线辐射。另外，由于PDP各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现显像管常见的图像几何畸变。2.与LCD液晶显示屏相比，PDP显示有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等优点。PDP的视角高达160度，特别适合公共信息显示、壁挂式大屏幕电视和自动监视系统。3.由于PDP显示器很容易与大规模集成电路联合“行动”、匹配“作战”，所以它能以轻装上阵。,等离子显示器PDP,PDP等离子体的缺点：由于等离子显示是平面设计，面且显示屏上的玻璃极薄，所以它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压；PDP显示屏的每一颗像素都是独立地自行发光，相比于显象管电视机使用一支电子枪而言，耗电量自然大增。,多 谢 大 家！,